【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 效分析要求、復(fù)雜化和系統(tǒng)化，而其功能卻越來(lái)越強(qiáng)大，集成度越來(lái)越高，體積越來(lái)越小。隨著科技的發(fā)展各種新材料、新器件也不斷出現(xiàn)，對(duì)失效分析的要求也越來(lái)越高；用于失效分析的新技術(shù)，新方法和新設(shè)備也越來(lái)越多。但在實(shí)際的失效分析過(guò)程中，遇到的樣品多種多樣，失效情況也各不相同。因此，根據(jù)失效分析的目的與實(shí)際，選擇合適的分析技術(shù)與方法，從大到小，從外到內(nèi)，從非破壞到破壞，從定性到定量，使失效分析迅速、準(zhǔn)確、可靠。電子元器件失效分析的就是要做到模式準(zhǔn)確、原因明確、機(jī)理清楚、措施得力、模擬再現(xiàn)、舉一反三。 模式準(zhǔn)確如前所述，失效模式是指失效的外在直觀失效表現(xiàn)形式和過(guò)程規(guī)律，通常指測(cè)試或觀察到的失效現(xiàn)象、失效形式。如開(kāi)路、短路、參數(shù)漂移、功能失效等。模式準(zhǔn)確，就是要將失效的性質(zhì)和類(lèi)型判斷準(zhǔn)確。失效模式的判斷應(yīng)首先從失效環(huán)境的分析入手，細(xì)心收集失效現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。失效現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)反映了失效的外部環(huán)境，對(duì)確定失效的責(zé)任方有重要意義。有些看來(lái)與現(xiàn)場(chǎng)無(wú)直接關(guān)系的東西可能是決定性的。例如,失效現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)表明，工作人操作無(wú)誤，供電系統(tǒng)正常，而整機(jī)上的器件出現(xiàn)了早期失效，說(shuō)明元器件生產(chǎn)廠應(yīng)對(duì)元器件失效負(fù)責(zé)，應(yīng)負(fù)責(zé)整改，排除工藝缺陷，提高產(chǎn)品可靠性。收集失效現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)主要包括：失效壞境、失效應(yīng)力、失效發(fā)生期、失效現(xiàn)象及過(guò)程和失效樣品在失效前后的電測(cè)量結(jié)果。失效環(huán)境包括：溫度、濕度、電源環(huán)境，元器件在電路圖上的位置、作用，工作條件和偏置狀況。失效應(yīng)力包括：電應(yīng)力、溫度應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、氣候應(yīng)力和輻射應(yīng)力。如樣品經(jīng)可靠性試驗(yàn)而失效，需了解樣品經(jīng)受實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力種類(lèi)和時(shí)間失效發(fā)生期包括：失效樣品的經(jīng)歷、失效時(shí)間、失效發(fā)生的階段，如研制、生產(chǎn)、測(cè)試、試驗(yàn)、儲(chǔ)存、使用等。原因明確失效原因的判斷通常是整個(gè)失效分析的核心和關(guān)鍵，對(duì)于確39。定失效機(jī)理，提出預(yù)防措施具有總要的意義。失效原因通常是指造成電子元器件失效的直接關(guān)鍵性因素，其判斷建立在失效模式判斷的基礎(chǔ)上。通過(guò)失效原因的分析判斷，確定造成失效的直接關(guān)鍵因素處于設(shè)汁、材料、制造工藝、使用及環(huán)境的哪―環(huán)節(jié)。失效現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)為確定電子元器件的失效原因提供了重要線(xiàn)索。失效可分為早期失效、隨機(jī)尖效和磨損失效。而早期失效主要由工藝缺陷、原材料缺陷、篩選不充分引起。隨機(jī)失效主要由整機(jī)開(kāi)關(guān)時(shí)的浪涌電流、靜電放電、過(guò)電損傷引起。磨損失效主要由電子元器件自然老化引起。根據(jù)失效發(fā)生期，可估計(jì)失效原因，加快失效分析的進(jìn)度。此外，根據(jù)元器件失效前或失效時(shí)所受的應(yīng)力種類(lèi)和強(qiáng)度，也可大致推測(cè)失效的原因，加快失效分析的進(jìn)程。如表：然而失效原因的確定是相當(dāng)復(fù)雜的,其復(fù)雜性表現(xiàn)為失效原因具有的一些特點(diǎn)。如原因的必要性、多樣性、相關(guān)性、可變性和偶然性，需要綜合多方面情況及元器件特點(diǎn)進(jìn)行。 機(jī)理清楚失效機(jī)理是指失效的物理、化學(xué)變化過(guò)程。微觀過(guò)程可以追溯到原子、分子尺度和結(jié)構(gòu)的變化，但與此相對(duì)的是它遲早也要表現(xiàn)出一系列宏現(xiàn)（外在的）性能，性質(zhì)變化，如疲勞、腐蝕和過(guò)應(yīng)力等。失效機(jī)理是對(duì)失效的內(nèi)在本質(zhì)、必然性和規(guī)律性的研究，是人們對(duì)失效內(nèi)在本質(zhì)認(rèn)識(shí)的理論提高和升華。它是導(dǎo)致電子元器件發(fā)生失效的物理、化字或機(jī)械損傷過(guò)程。要清楚地判斷元器件失效機(jī)理就必須對(duì)其失效機(jī)理有所了解和掌握。如在集成電路中金屬化互連系統(tǒng)可能存在著電遷移和應(yīng)力遷移失效，這兩種失效的物理機(jī)制是不同的，產(chǎn)生的應(yīng)力條件也是不同的。對(duì)于失效機(jī)理的研究和判斷需要可靠性物理方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。 措施得力，模擬再現(xiàn)，舉一反三措施得力，模擬再現(xiàn)，舉一反三是建立在前面對(duì)失效模式、失效原因和失效機(jī)理深入分折和準(zhǔn)確把握的基礎(chǔ)上。當(dāng)然制定預(yù)防措施也應(yīng)考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)的手段和產(chǎn)品使用問(wèn)題。以及工程上的可行性、經(jīng)濟(jì)性等方面。模擬再現(xiàn)則要分折模擬的可能性和必要性，同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬仿真也成為模擬再現(xiàn)的一個(gè)重要手段。失效分析是一個(gè)復(fù)雜的、制造工程師、使用工程師的密切配合。只有在各個(gè)方面的團(tuán)結(jié)協(xié)作下，才能找到產(chǎn)品失效的真實(shí)原因，準(zhǔn)確判斷其失效機(jī)理，揭示引起產(chǎn)品失效的過(guò)程，起到改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品固有可靠性和使用可靠性目的。另外，為了得到一個(gè)成功的失效分析結(jié)果，避免犯一些常見(jiàn)的錯(cuò)誤，所有可能涉及失效現(xiàn)象處理的人，都應(yīng)該具備—些處理故障現(xiàn)象的基本知識(shí)。 失效分析應(yīng)遵循先光學(xué)后電學(xué)、先面后點(diǎn)、先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)、先非破壞后破壞、先一般后特殊、先公用后專(zhuān)用、先簡(jiǎn)單后復(fù)雜、先主要后次要的基本原則，反復(fù)測(cè)試、認(rèn)真比較。同時(shí)結(jié)合電子元器件結(jié)構(gòu)、工藝特點(diǎn)進(jìn)行分析，避免產(chǎn)生錯(cuò)判、誤判。主要失效模式及其分布電子元器件的種類(lèi)很多，相應(yīng)的失效模式和失效機(jī)理也很多?？傮w來(lái)說(shuō)，電子元器件的失效主要是在產(chǎn)品的制造，試驗(yàn)，運(yùn)輸，儲(chǔ)存和使用等過(guò)程中發(fā)生的。與原材料、設(shè)計(jì)、制造、使用密切相關(guān)。下圖給出了一些電子元器件現(xiàn)場(chǎng)使用失效模式及其分布的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果：失效機(jī)理是指引起電子元器件失效的實(shí)質(zhì)原因，（容易變化和劣化的材料的組合）或制造工藝中形成的潛在缺陷，在某種應(yīng)力作用下發(fā)生的失效及其機(jī)理。為了通過(guò)物理、化學(xué)的方法分析失效發(fā)生的現(xiàn)象，理解和解釋失效機(jī)理，需要提供模型或分析問(wèn)題的思維方法，這就是失效物理模型。元器件的失效物理模型大致分為反應(yīng)論模型、應(yīng)力強(qiáng)度模型、界限模型、耐久模型、積累損傷（疲勞損傷）。：反應(yīng)論模型和應(yīng)力強(qiáng)度模型。失效機(jī)理是電子元器件失效的物理或化學(xué)本質(zhì)，從研究原始缺陷或退化進(jìn)入失效點(diǎn)的物理過(guò)程。進(jìn)一步確定導(dǎo)致失效的表面缺陷、體缺陷、結(jié)構(gòu)缺陷。確定電學(xué)、金屬學(xué)、化學(xué)及電磁學(xué)方面的機(jī)理。電子元器件種類(lèi)繁多，導(dǎo)致失效的機(jī)理也很多，不同失效機(jī)理對(duì)應(yīng)的失效摸式不一樣。甚至相問(wèn)的失效機(jī)在不同電子元器件導(dǎo)致的失效模式都不一樣，因此需要在失效分析時(shí)認(rèn)真對(duì)待,嚴(yán)格區(qū)分。 機(jī)械損傷機(jī)械損傷在電子元器件制備電極及電機(jī)系統(tǒng)工藝中經(jīng)常出現(xiàn)，如果在元器件的成品中，存在金屬膜的劃傷缺陷而末被剔除，則劃傷缺陷將是元器件失效的因素，必將影響元器件的長(zhǎng)期可靠性。.2結(jié)穿刺（結(jié)尖峰）結(jié)穿刺即指PN結(jié)界面處為一導(dǎo)電物所穿透。在硅上制作歐姆接觸時(shí)，鋁硅接觸系統(tǒng)為形成良好的歐姆接觸必須進(jìn)行熱處理，這時(shí)鋁與硅相連接是通過(guò)450550攝氏度熱處理后在分立的點(diǎn)上合金化形 成的。在該合金化溫度范圍內(nèi)，硅在鋁的固溶度很大，但鋁在硅中的固溶度要低很多，固溶度之差導(dǎo)致界面上的硅原子凈溶解在鋁中，同時(shí)界面上的鋁也擴(kuò)散到硅中填充硅中的空位。這就是在鋁膜加工過(guò)程中，發(fā)生由于硅的局部溶解而產(chǎn)生的鋁“穿刺”透入硅襯底問(wèn)題的問(wèn)題。結(jié)穿刺經(jīng)常導(dǎo)致PN結(jié)短路失效。 鋁金屬化再結(jié)構(gòu)由于鋁與二氧化硅或硅的熱膨脹系數(shù)不匹配，鋁膜的熱膨脹系數(shù)比二氧化硅或者硅大，黨元器件在間歇工作過(guò)程中，溫度變化或者高低溫循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，鋁膜要受到張應(yīng)力和壓應(yīng)力的影響，會(huì)導(dǎo)致鋁金屬化層的再結(jié)構(gòu)。鋁金屬化層再結(jié)構(gòu)經(jīng)常表現(xiàn)為鋁金屬化層表面粗糙甚至表面發(fā)黑，顯微鏡下可見(jiàn)到表面小丘、晶須或皺紋等。 金屬化電遷移當(dāng)元器件工作時(shí)，金屬互連線(xiàn)的鋁條內(nèi)有一定強(qiáng)度的電流流過(guò)，在電流作用下，金屬離子沿導(dǎo)體移動(dòng)，產(chǎn)生質(zhì)量的傳輸，導(dǎo)致導(dǎo)體內(nèi)某些部位產(chǎn)生空洞或晶須（小丘）這就是電遷移現(xiàn)象。在一定溫度下，金屬薄膜中存在一定的空位濃度，金屬離子熱振動(dòng)下激發(fā)到相鄰的空位，形成自擴(kuò)散。，一種是電場(chǎng)使金屬離子由正極向負(fù)扱移動(dòng)，一種是導(dǎo)電電子和金屬離子間互相碰撞發(fā)